民用无人机推动航空业新动力

一、全球民用无人机行业发展迅速

1. 行业规模快速增长

随着无人机技术的发展，无人机数量迅速增加。根据美国联邦航空管理局（FAA）的数据，截至2019年底，美国25公斤以下的小型无人机总数为170.5万架，其中航模无人机132万架，商用无人机38.5万架。预计到2024年，美国小型无人机数量将增至230.8万架。欧盟市场预测显示，到2025年，欧洲的无人机数量将达到720万架，其中消费类无人机约700万架，商用或政府用途的专业无人机约20万架。中国2020年实名登记注册的无人机达到52.4万架，同比增长33.6%，运营性无人机13.2万架，同比增长63.4%。

2. 市场参与者众多

截至2020年底，中国注册无人机运营企业达10725家，法人用户5.8万家。2019年，美国在107部规章下登记的无人机运营人达10.8万个，注册航模无人机爱好者99万人。FAA预测，美国无人机驾驶员数量将从2019年的16.2万人增长到2024年的34.9万人。中国2020年注册无人机用户49.3万人，同比增长32.9%。同年，中国无人机驾驶员执照达88944本，同比增长32.3%。SESAR预测，到2035年，欧洲无人机行业直接从业者将达到10.5万人，到2050年，直接和间接就业岗位将达到25万至40万个之间。

3. 运行量快速提升

2020年，中国运营性无人机飞行量同比增长36.4%，达到159.4万小时。2020年民航局云系统上传的无人机飞行量为183万小时，较上年增长46.4%。2019年，中国参与云交换系统的无人机仅3.4万架，占当年民航局实名登记无人机总量的8.7%，据此推算，中国民用无人机飞行量在1000万小时级别，超过通用航空飞行量，接近运输航空飞行量。FAA预测，2019年美国航模/娱乐无人机飞行量达1500万小时，商用小型无人机约700万飞行小时，美国小型无人机飞行量超过2200万小时，超过当年美国运输航空飞行量并接近通用航空飞行量。

2. 应用主体加速转换

全球消费类无人机在2010年代实现了爆发式增长，但近年来增长趋势有所放缓。FAA预测，美国消费类无人机将在2024年达到峰值150万架，而商用无人机将保持年均17%的增长率，到2024年达到82.8万架，其中价值1万美元以上的专业无人机将从2019年的2.5万架增长到2024年的12.4万架。欧洲预测，消费类无人机在2025年将达到700万架的峰值，而商用与政府用途无人机将继续增长，从2015年的9000架增长到2020年的8.6万架，2025年和2030年分别达到20万架和37.3万架。从中国的情况看，2020年运营性无人机规模同比增长63.4%，高于总体注册无人机的增速33.7%，运营企业数量同比增长50.0%，高于注册用户数量增速32.9%。2020年，中国运营性飞行量同比增长36.4%，比2018年的运营性飞行量增长331%。这表明无人机的应用主体正在发生变化，商业应用已成为全球无人机市场的主流。

3. 应用领域不断拓展

无人机航拍、竞速、空中表演等技术已经成熟，专业无人机技术也日趋成熟，无人机在基础设施巡检、末端物流配送、城市高层建筑消防等领域市场占比逐年提高。农业植保市场是第一个无人机商用的规模市场，2020年专门为农业植保服务的极飞云提交飞行数据达131.2万飞行小时，占无人机运营性飞行量的82.2%，占总飞行量的71.6%。鉴定类无人机技术正在迅速改进并形成生产能力，干线物流无人机已投入试验验证。太阳能无人机已具备在2万米以上高空长时间运行的能力。未来，城市空中交通（UAM）或先进空中交通（AAM）将是无人机的下一个规模市场。美国正在起草和提出AAM的国家战略。SESAR预测，到2035年，欧洲的城市空中交通（UAM）将达到4000架。FAA预测，到2030年，美国将有4万架物流无人机提供5亿次快递服务。NASA预测，到2030年，美国将有2.3万架UAM提供7.4亿人次的载客飞行。未来无人机还将逐步进入传统航空运输业，并优先在货运业务中实现替代。SESAR预测，到2050年，欧洲将有1.2万架大型无人驾驶或可选驾驶航空器进入高空空域，占运输航空机队规模的28%。2050年，欧洲中高空大型无人机飞行量将达到700万小时，飞行距离40亿公里。150米以下超低空的无人机飞行量将超过3.5亿小时，飞行距离170亿公里。

无人机技术的本质是航空数字化与智能化

1. 基于算力平台的人工智能应用

人类历史上建立了两个最重要的通用技术平台：一是以瓦特蒸汽机为代表的动力技术，二是以图灵计算机为代表的算力技术。传统航空器是动力技术平台的集大成者，现代无人机则是基于算力技术的新一代航空产品。有人驾驶航空依赖于人脑与机械动力的结合，而当代无人机以数字化为基础，充分利用算力技术，是数据丰富的新型航空产品，具有利用算力与算法实现人工智能应用的潜力。

2. 打破传统航空业的局限

航空业在交通运输行业中规模较小，主要原因是基础设施远离客户、仅提供长距离交通服务与使用频率低。无人机将显著扩展航空业的应用范围与深度，进入城市社区与超高空，进入普通大众的日常生活，高频次地为居民提供娱乐飞行、快递服务与日常交通，成为各行各业普及的辅助工具，最终将补充、替代与融合传统有人航空。无人机将使航空业成为真正的大众产业。

3. 构建空域中的移动物联网

航空业的一个短板是空中交通管理。目前的空中交通管理主要依靠人的计算能力和语音通信来分配飞行间隔。然而，无人机的飞行完全基于地面发出的数字化指令，彻底改变了飞行员、管制员与航空器、空管服务提供商之间的责任分配与角色。

美欧民用无人机融入空域战略

1. 社会动员

美国运输部在2017年11月发布了“一体化试点计划”（IPP），邀请各州、地区和部落政府共同参与无人机运行的试点。为了促进产业发展并避免损害多数人的利益，IPP是一项重要的社会动员。截至2020年8月中旬，FAA通过IPP计划与9个地区的合作完成了15402次无人机飞行，广泛测试了各类无人机飞行任务的社会接受度。欧洲通过连续举办跨欧洲的无人机高层论坛来展开社会动员。2015年，欧洲航空安全局（EASA）在拉脱维亚首都里加举行了无人机高层论坛并发布了《里加宣言》。2016年至2019年，欧洲继续成功举办了多次无人机高层论坛，凝聚了欧洲各界发展无人机产业的共识。

2. 制定无人机发展战略

欧洲：2011年，欧盟委员会发布了《飞行轨迹2050：欧洲的航空愿景》，预测到2050年，很多航空器将是远程驾驶或完全自动化。2015年，欧盟委员会提出了《欧洲航空战略》，将“充分释放无人机的潜力”列为“拥抱创新和数字技术”的主要任务之一。2014年，欧盟委员会发布了《航空业的新时代：安全与可持续地向无人机开放航空市场》，确认由SESAR联合体负责开发无人机融入空域的技术。SESAR联合体将航空战略明确的战略目标落实到欧洲空管发展主计划的战略框架，从探索性研究、产业技术开发、大型验证三个层面建立运行概念、技术原型到实用系统验证的研发流程。欧洲的无人机战略是从欧盟最高决策机关制定顶层航空战略和中远期规划开始，到EASA制定专项路线图和实施计划，再到由SESAR联合体预测市场需求与测算研发投资，最后落实到研发计划以及各机构的年度工作计划中，形成了一个体系完整、决策路径清晰、执行责任明确的战略。

美国：《2012 FAA现代化与改革法案》奠定了美国无人机相关政策的基础。该法案以法律授权的方式确立了美国将无人机融入国家空域系统的战略。法案要求FAA建立无人机融入空域计划、制定运行规则、开展试点项目等法律条款，规划了无人机发展的基础法规体系。根据法案的要求，2013年美国运输部向美国国会提交了《无人机综合计划：国家无人机发展路径报告》，为实现无人机融入国家空域系统，综合计划确定了六个可量化考核的高层战略目标与八项任务，建立了实施战略的整体框架、跨部门目标、任务与方法。根据综合计划的要求，FAA制定了《下一代航空运输系统（NextGen）无人机研发路线图》，确认了通信、空域运行、无人机和人机融合四个领域的23个挑战。《综合计划》提出的国家目标与任务被FAA细化为NextGen战略中的具体研究领域、研究课题与优先资助的清单，最终通过预算落实形成研发计划。

无人机运行技术创新体系

1. 美国

美国无人机应用研究由FAA组织。FAA通过NextGen战略对相关无人机应用研究进行整体协调。NextGen根据美国国会法案建立，有完善的目标、规划、实施模式，采取了政府与产业界充分合作的方式，能够充分调动美国航空界的研发创新资源。FAA还通过支持政策或资金支持等方式建立研发合作关系，例如选拔无人机试验区、建立联邦研发中心与无人机卓越中心。此外，FAA通过建立无人机咨询委员会，吸引产业界、学术界、标准化组织参与无人机政策咨询与技术支持等。近年来，FAA持续加大对无人机的研究力度，无人机在美国国家航空研究计划（NARP）中的比例从2011年的1%逐渐提高到2019年的10%左右，2020年接近15%，达到7593.5万美元。

美国无人机前沿技术研究由NASA负责。美国国家航空航天局（NASA）有200多亿美元的年度预算和16000名高素质员工，在无人机运行领域有长期的积累与研发组织能力。FAA与NASA共同建立了无人机交通管理系统（UTM）试点计划（UPP），由NASA按照FAA需求开发UTM原型系统并在2020年将成果移交FAA。2021财年，NASA的航空研究预算达到8.19亿美元，其五个研究方向中有三个与无人机直接相关：

• 空域运行与安全计划。包括无人机交通管理系统（UTM）的测试以及未来航空交通工具的一体化测试。2021年预算0.904亿美元。
• 综合航空系统计划。包括UAM的自动化研究。预算2.69亿美元。
• 变革性航空概念计划。包括简化UAM运行操作和对航空货运航班的远程控制运行。预算1.299亿美元。

2. 欧洲

欧洲由SESAR联合体全面负责无人机融入空域技术的研发与部署。SESAR联合体是由欧盟、欧控（Eurocontrol）和产业界合作伙伴按照1:1:1的比例联合投资开展研究的跨国公私合作机构。SESAR2020计划（2016-2024）预算达到16亿欧元。联合体目前有19个成员，成员下属企业或组成机构超过100家，拥有行业专家超过3000名，具有协调欧洲研发资源开展民用无人机研究的能力。

SESAR预测，在2016-2025年期间，无人机产业需要公私部门共同投入约4亿欧元的创新资金，其中超低空的无人机空管系统U-space将需要研发投资2亿到2.5亿欧元，而传统空中交通管制部门针对无人机运行的改造研发投资将在1.5亿到2亿欧元左右。2010年，欧洲通过欧盟第六期研发框架计划资助了无人机融合项目。在SESAR2020计划中投资4000万欧元在仪表飞行无人机（IFR RPAS）融入传统管制空域的研究。欧洲防务局（EDA）投资约5000万欧元开发RPAS的感知避让技术（SAA）。2017-2019年，“地平线2020”研发计划资助3300万欧元对欧洲无人机交通管理系统（U-space）进行研发与验证。根据SESAR出资的规定，欧控与SESAR其他成员单位将同比例配资欧盟的研发资金，因此U-space的第一期研发资金约1亿欧元。

“地平线2020”计划和SESAR框架下，欧洲正式启动了第二轮无人机研发投资。2021年1月，欧洲范围内的大型城市空中交通验证项目——CORUS-XUAM开始在比利时、法国、德国、意大利、西班牙、瑞士和英国进行UAM大规模真实飞行验证，中国亿航参与验证飞行。

无人机运行技术的关键技术瓶颈

新技术带来的难题最终需要靠更新的技术来解决。无人机运行管理技术开发难度体现在三个方面：

• 运行复杂性。无人机数量庞大且飞行模式各异，无人机在大幅扩展航空业应用范围和规模的同时，也在增加其运行复杂性，如超低空、超视距、长航时、城市内运行、超高空运行等都需要技术解决方案，还需逐步解决无人机与有人航空融合难题。
• 系统复杂性。美欧的无人机运行研究基本达成共识，无人机的交通管理将是去中心化的生态系统而非传统空管的单一决策中心模式，需要大量的数字基础设施、数据公共服务和更多主体间的协调、协同与数据交换。
• 智能化难题。FAA提出了UTM的19类服务类型，SESAR列出了U-space应具备的30项功能。大部分功能都需要全新定义与开发，且这些功能都是基于数字化和自动化的服务，系统功能开发任重道远。

中美欧无人机融入空域战略评估

根据综述，我们建立了一个评价框架来评估全球无人机融入空域战略的进展。评价维度包括五个方面：

• 社会动员与社会支持程度；
• 战略完整性与可实施性；
• 法规框架完整性与适用性；
• 国家研发支持与研发能力；
• 产业链实力与业界支持能力。

通过框架性、整体性的定量评价方式比较中国、美国与欧洲三方在五个评价维度的领先度。每项进行排序，领先者获得3分，居中者获得2分，落后者记1分。评价结果见表5。

综合来看，美国在无人机融入空域战略上处于领先，欧洲在战略与法规体系方面的优势部分弥补了其产业链实力的不足。中国在政府社会动员、行政效率、产业链实力方面具有一定优势，但在战略与研发生态方面存在明显不足。如果中国尽快研究制定民用无人机发展的整体战略，积极争取国家和地方的广泛支持，持续推动自主创新，将具有与美欧展开并跑竞争的条件与潜力。

政策建议

面对民用航空业发展的新百年新赛道，中国应尽早制定民用无人机发展战略，设立民用无人机监管常设机构，召集民用无人机政策咨询委员会，开展广泛的社会动员。

立足自主创新，争取国家重大创新计划10年以上的长期支持，充分调动国内外科研机构建立运行技术研发体系，开展国内外技术合作。推进无人机研发项目、基础设施、人才与科研资金的整体规划与一体化配置，试行“揭榜挂帅”制度，采取平行支持与后资助方式，完善科研激励机制。明确研发转化时间、成果、适用性与技术成熟度目标，确保研发成果可用性和适用性。

坚持和发展市场友好的监管政策，深化无人机专项试点，赋予无人驾驶航空试验区具体的创新任务，培育中国民用无人机各应用领域的隐形冠军企业，鼓励无人机制造商、云服务商和互联网企业、地理信息服务、气象服务机构参与公共服务，丰富无人机运行管理生态。